KR20020085877A - 전기적으로 디커플링된 마이크로머신 자이로스코프 - Google Patents

전기적으로 디커플링된 마이크로머신 자이로스코프 Download PDF

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KR20020085877A
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지. 아담스스코트
그로브스제임스
카대렐리도네이토
카롤레이몬드
알. 듀웰터찰스
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키오닉스, 인크.
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Abstract

분리된 드라이브 및 센스 발진기들과 감소된 교차축 감도를 갖는 발진 자이로스코프가 개시되어 있다. 이 자이로스코프는 표준 실리콘 웨이퍼들 상에 플라즈마 미세 기계 가공 처리를 이용하여 제조된다. 동일 마이크로기계 가공 요소 내에 포함된 자이로스코프의 드라이브 및 센스 기능들의 전기 절연은 높은 관성 질량 및 높은 감도를 얻으면서 크로스-커플링을 감소시킨다.

Description

전기적으로 디커플링된 마이크로머신 자이로스코프{Electrically decoupled micromachined gyroscope}
(배경기술의 설명)
현재, 저렴하면서도 신뢰성 있는 자이로스코프들(gyroscopes)의 개발에 대한 관심이 증가되고 있으며, 많은 연구자들이 이러한 도전에 부합되는 다양한 해결책들을 제안해 오고 있다. 전통적인 밀리터리-그레이드(military-grade) 자이로스코프 제조 기술들은 높은 볼륨 제조 또는 낮은 생산 단가로 측정할 수 없다. 마이크로 일렉트로 메카니컬 시스템(Micro Electro Mechanical Systems: MEMS)의 분야는마이크로스코픽 메카니컬 시스템들을 구성하도록 반도체 제조 기술들을 활용하며, 그래서, 저렴한 관성 감지 시스템들을 위한 제조 모델을 제공한다. 여러 연구자들은 다수의 설계 및 제조 방법들을 이용하여 MEMS 자이로스코프 설계들을 실행한다.
그러나, 소형 자이로스코프들은 실리콘 기반의 요소(element)들의 커다란 제한과 조립과 관련된 많은 기술적 장애들을 갖고 있다. 이러한 장애들중 일부는 적은 관성 매스, 소형 감지 신호들 및 높은 볼륨 패키징 방법들을 포함한다. 전기적 커플링(coupling)을 감소시키도록, 복잡한 회로 기술들이 구동 및 감지 신호들을 분리하도록 개발되어 있다. 보다 큰 각운동량을 제공하도록, 연구자들은 특정 구동 방법들을 개발했다. 감지 신호들을 증가시키도록, 공진 매칭 및 높은 Q 발진기들은 시스템 이득을 효과적으로 증대시킨다. 그러나, 이전에는, 고 볼륨으로 제조할 수 있는 단일 장치의 많은 알맞은 동작 패러미터들을 얻기 어려웠다.
본 발명은 종래기술에서 나타나는 많은 내재적으로 문제들을 해결하여 높은 제조 조립 시퀸스로 고성능 장치를 제공하는, 실리콘 자이로스코프를 제공하는 것이다. 자이로스코프는 높은 볼륨들로 장치를 제공하기 위해 특정 재료나 패키징을 필요로 하지는 않는다. 구동 및 감지 발진기들의 기계적 및 전기적 디커플링을 동시에 행함으로써, 복합 신호 처리 및 높은 이득 발진기들을 위한 요구사항들이 경감된다.
본 발명의 자이로스코프는 상기 구동 및 감지 발진기들을 전기적 및 기계적으로 디커플링하는 방식에 있어서, 종래 기술과는 다르다. 또한, 본 발명의 자이로스코프는 모든 전기적 구동 및 감지 신호들이 디커플링된 MEMS 요소에 집적 통합되고, 전기적 신호들을 외부 패키지에 경로지정 하도록 기판이나 매립 전극에 의존하지 않는다는데 특징이 있다. 이러한 특징적 구성에 의해, 전자 설계가 용이해지고, 어려운 처리 및 정렬 단계가 제거되며, 궁극적으로, 산업 표준 패키징 솔루션이 허용되므로 높은 볼륨 제조가 가능해지게 된다.
마이크로머신 자이로스코프들(micromachined gyroscopes)은 통상적으로, 그 마찰이 마이크론 크기를 부여하는 장애로 인해 회전 부재보다는 발진 부재를 이용한다. 많은 자이로스코프들은 각속도를 변환하도록 단일의 공진 부재의 복합 운동에 의존한다. 예를 들어, 미국특허 제 5,349,855 호(베른스타인 등) 및 제 5,992,233 호(클라크 등)에서의 소위, 튜닝 포크(tuning fork) 설계에 있어서, 미세가공된 장치는 평면에서 공진되고, 자이로스코프 토크를 받을 때 복합 운동을 받게된다. 각속도는 복수의 전극 구조들, 복합 진동 모드들 및 클레버(clever) 신호 처리를 이용해 디콘볼브(deconvolve)된다. 그럼에도 불구하고, 이들 구성에서는, 구동 부재와 상기 감지 부재를 고유의 기계적 커플링하는데에 어려움이 따른다. 다시 말해서, 단일의 기계적 발진 구조는 출력 전자의 높은 정방형 신호들에서 명백하게 나타나는 고 레벨의 전자기계적 크로스토크(cross talk)를 초래한다.
구동 및 감지를 위한 기계적 운동의 실질적인 디커플링은 발진 기계적 요소들의 사용을 통해 수행되어 왔다. 미국특허 제 5,555,765 호(그레이프) 및 제 5,955,668 호(슈 등)에서, 단일 기계 부재는 회전적으로 대칭인 구동 전극들을 사용하여 발진된다. 후속 자이로스코프 운동은 코리올리스 힘을 제 2의 개별 회전 모드로 전달된다. 상기 두 특허에서, 이러한 감지 모드는 미세가공 구조 바로 아래의매립된 전극들을 이용하여 변환된다. 기계적 복잡성을 현저히 감소시킬지라도, 이들 장치들은 다중 레벨 프로세싱을 필요로 하고, 일반적으로 조립에 있어서 박막 재료로 제한되며, 전체적인 민감성을 감소시킨다. 디커플링된 기계적 설계의 다른 실행 방법이 게이저 등에 의해 발표된 "디커플링된 발진 모드들을 가진 미세가공된 진공 속도 자이로스코프의 새로운 설계들(New Designs of Micromachined Vibrating Rate Gyroscopes with Decoupled Oscillation Modes)"에 나타나 있다. 발진 회전 부재는 자이로를 활성화시키도록 기능하지만 매립된 전극은 출력 운동을 변환시키는데 필요하다. 이들 모든 평면 발진 자이로스코프들은 여러 구성으로 배열될 수 있으며, 이들 각각은 다른 축을 따르는 자이로스코프 입력에 대해 민감하다. 회전 발진 자이로스코프들의 직교하는 모드는 카드렐리 등에 의한 미국특허 제 5,915,275 호에 상세하게 개시되어 있다.
그러나, 구동 및 감지 신호들을 해제된 동일 기계적 구조에서 전기적으로 분리시키는 능력을 갖는 해제된 기계적 동작은 종래기술에는 전혀 개시되어 있지 않다. 이러한 장치는 실질적으로 기계적 및 전기적인 크로스 커플링을 감소시키고 출력 신호들의 질을 향상시키고, 정밀한 전기적 변환이나 다른 신호 처리를 위한 요구사항들을 감소시킬 수 있다. 본 발명의 목적은 양호하게 제조가능한 실리콘 MEMS 프로세스의 정황 내에서 이러한 장치를 제공하는 것이다.
(관련 출원의 참조)
본 출원은 1999년 9월 17일에 출원된 "ELECTRICALLY DECOUPLED SILICON GYROSCOPE"란 제목의 임시 출원 제60/154,631호에 개시된 발명을 청구한다. 미국 임시 출원의 35 USC §119(e) 하의 이익이 본 명세서에서 청구되고, 전술한 출원은 본 명세서에 참조문헌으로써 통합된다.
도 1은 본 발명의 자이로스코프를 단순화한 도면.
도 2a는 본 발명의 교시에 따라 형성된 실리콘 자이로스코프의 스캐닝 전자 마이크로스코프 사진을 도시한 도면.
도 2b는 실리콘 자이로스코프의 일부분의 스캐닝 전자 마이크로스코프 사진으로서, RDM 드라이브 전극들의 요부를 확대하여 도 2a의 박스 "2b"로 도시된 영역을 도시한 도면.
도 2c는 실리콘 자이로스코프의 스캐닝 전자 마이크로스코프 사진을 약간 확대하여 도 2a의 박스 "2c"도 나타내어진 영역을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 자이로스코프의 RDM 비틀림 만곡부의 실시예를 상세히 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 자이로스코프의 RDM 감지 전극의 실시예를 상세히 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 자이로스코프의 TSM 감지 전극의 실시예를 상세히 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 자이로스코프에 대한 3개의 구성들을 단순화한 도면.
도 7은 본 발명의 자이로스코프의 좌표축들을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 자이로스코프에 대한 일렉트로닉스의 실시예의 개략적인 도면.
도 9a 내지 도 9h는 본 발명의 실시예에 따르는 실리콘 자이로스코프에 대한제조 공정을 도시한 도면.
도 10은 다중 레벨 금속화의 크로스오버 기능을 행하는 본 발명이 구조체를 도시한 도면.
도 11a는 단순화된 자이로스코프의 상면도로서, 스핀과 입력축이 포함되어 도시된 도면.
도 11b는 동작중에 격는 운동의 유형을 나타내도록 회전한 RDM과 함께 도 11a의 단순화된 자이로스코프도의 측면도.
도 12는 자이로스코프의 단면도.
도 13a는 종래 기술의 통상적인 자이로스코프 설계를 개략화한 전기적인 도면.
도 13b는 본 발명의 자이로스코프의 전기적인 개략도.
도 14는 이동 가능한 크로스오버를 도시한 도면.
(발명의 개요)
본 발명은 전기 기계적 디커플링(decoupling)을 갖는 마이크로머신 플래너 발진 자이로스코프이다. 전기적 디커플링은 하나의 기계적 접속 구조체내에 다수의 전기 절연 영역들을 구성하는 능력에 관한 것이다. 기계적 디커플링은 드라이브 및 감지 기능의 물리적 모드 분리에 관한 것이다. 이 두가지 형태의 디커플링은 모두 전자기계적 크로스토크, 제로 속도 출력에 대한 주요 컨트리뷰터(contributor), 온도에 대한 제로 속도 출력 이동을 감소시킨다. 또한, 전기적 디커플링은 감지 일렉트로닉스를 크게 단순화한다.
본 발명의 자이로스코프는 단결정 실리콘 기반 제조 기술로 제조된다. 건식 에칭 공정은 표준 실리콘 웨이퍼로 개시되고, 그 결과로 고 애스펙트비(high-aspect ratio)의 구조가 조각된다(scapt). 10-50마이크로미터 정도의 소자 두께 및 스트레스 없는 실리콘 재료에 의한 상기 공정의 고 애스펙트비 특성은 그 자체적으로 관성(inertial) 센싱에 대해 이상적인 수 밀리미터 직경의 대형 플래너 구조체를 형성하게 한다. 대형 구조체는 열역학적 노이즈를 감소시키고 개선된 소자 감도를 위해 보다 큰 용량(capacitance)을 가능하게 하는 핵심이다. 상기 공정에 의해 형성된 실리콘 빔 구조체는 넓은 범위에 걸친 자이로스코프의 적절한 동작에 대해 튜닝될 수 있고 깊은 실리콘 에칭에서의 고유한 매스(mass)는 크기의 정도에 의해서 달성가능한 분해능을 향상시킨다.
본 발명은 기계적 디커플링 및 전기적 절연을 제공하기 위해 특유의 전기 접속, 크로스오버, 및 액츄에이터 설치 방법을 규정한다. 자이로스코프는 기계적 부재로 하여금 환경으로부터 밀봉되어 보호되게 하는 유연성 전기적 리드(lead)에 의해 외부 금속 트레이스 및 본드 패드에 접속된다. 자이로스코프 자체내에, 모든 전극들을 경로지정하는데 하나의 금속층이 사용되고 새로운 크로스오버 구조체는 디커플링된 기계적 소자내에 내장된다. 자이로스코프내의 임의의 전기적 경로지정의 이런 능력은 캐패시티 액츄에이터로부터의 향상된 효율 및 감지 캐패시터에 대한 차분 측정을 가능하게 한다. 설계의 이런 분할은 드라이브 및 감지 기능 간의 크로스토크를 현저히 감소시킨다.
본 발명은 발진의 드라이브 및 감지 주파수를 분리함으로써 발진 및 온도에 대해 전체 시스템 안정성을 유지하게 하는 설계 자유도를 제공한다. 또한, 자이로스코프는 고가의 게터(getter)들이나 진공 어셈블리들을 필요로 하지 않으면서도 표준 실링 재료를 사용하여 최적의 진공 상태에서 동작될 수 있다. 상기 해결책에 의해 제공된 안정성은 오토모티브 그레이드(automotive-grade) 온도 범위에서 동작 및 산업 표준 플라스틱의 패키징에 충분하다.
감소된 전기 기계적 커플링으로 인해서, 자이로스코프에 의해 요구되는 회로 기능은 이산적 아날로그 요소들이나 스위치된 캐패시터 집적 회로 내에 용이하게 포함된다. 회로 기능은 능동 부재를 구동하고, 그것의 진폭을 제어하고, 용량성 전극들에 의해 감지 부재를 검출하는 것으로 축소된다.
자이로스코프의 다수 구성들은 상이한 구성들을 수용하기 위하여 드라이브, 감지, 입력 축들을 재배열함으로써 가능하다. 궁극적으로, 이것은 간단한 팩키지나 순자유도가 3인 속도의 감지 유닛 내에 다수 축의 구성들을 가능하게 한다.
도 1, 11a, 11b 및 12를 참조하며, 본 발명은 실리콘 웨이퍼 상에 미세제조된(microfabricated) 평면 발진 자이로스코프(planar oscillating gyroscope)이다.
자이로스코프 구성성분들의 개관 및 작동
자이로스코프는, 집중적으로 배열된, 외부 실리콘 기판 또는 케이스(5), 로우터 구동 부재(rotor driven member; RDM)라 불리는 구동 부재(2), 토크 합산 부재(torque summing member; TSM)라 불리는 감지 소자 및 내부 실리콘 기판케이스(1)로 구성된다(상기 내부 및 외부 케이스들은 같은 실리콘 웨이퍼의 일부이다). 따라서, RDM(2) 및 TSM(3)은, 아래에 상세히 설명할 바와 같이, 기판 내에서 "도넛 형의" 웰(well) 내에 매달려지며, 내부 케이스(1)는 "도넛 구멍(doughnut hole)"을 형성하고, 외부 케이스(5)는 상기 "도넛" 주위를 둘러싸게 된다.
RDM(2)은 형태상으로는 환상 고리(annular ring)이며, RDM 비틀림 만곡부들(15;RDM torsional flexures)로 TSM(3)에 유연하게 장착된다. TDM 만곡부들은 비틀려질 정도로 유연하며 RDM 만곡부들(15)의 방위에 의해 규정된 회전축(43)에 대해 운동을 허용한다. RDM 만곡부들은 그 밖의 모든 다른축들에 대한 TSM(3)에 대해서는 운동, 회전 및 병진운동을 거절한다. RDM 만곡부들(15)은 역시 도 3에도 도시되어 있다. RDM은 회전축(43)에 대한 각에서 사인곡선형으로 발진한다. 바람직하게는, RDM은 RDM의 운동 진폭을 최대화하도록 그의 공진 주파수로 구동된다. RDM 발진은 자이로(gyro)의 각운동량을 설정한다.
TSM(3)은 또한 형태상으로는 환상 고리이며, 차례로, 통상 18로 도시된 TSM 만곡부들로 내부 케이스(1)에 유연하게 장착된다. 만곡부들의 방사상 배열 및 만곡부들을 만들기 위해 사용된 빔들의 고 애스펙트 비로 인해, TSM의 운동은 출력축(45)으로서 언급된 평면의 바깥쪽을 향하는 회전축에 대해 속박된다. 출력축에 대한 회전들보다는 오히려 운동들을 거부하는 TSM을 갖는 것이 더 중요하다. 그렇지 않으면, 오프축 입력 속도들(off-axis input rates), 선형 가속도 입력 및 RDM 운동은 자이로스코프의 출력으로 결합하고 감지기의 출력을 변조시킬 수 있다.
도 11a, 11b 및 12에 도시된 구성에 있어서, 자이로스코프는 입력축(44)에대한 회전 속도들에 민감하도록 설계된다. 자이로스코프 케이스가 정지되어 있고 자이로스코프가 작동시에 있을 때, RDM은 이후에 설명될 지지 회로(supporting circuitry)에 의해 그의 공진 주파수로 구동된다. 발진 RDM은 자이로스코프 동작에 대한 필수적인 각운동량을 제공한다. TDM을 지지하는 TSM은 정되되어 있어야 한다. 각운동량 보존으로 인해, 자이로스코프 케이스는 이 입력축에 대해 회전될 때, 상기 발진 RDM은 대응하는 발진 코리올리의 토크(Coriolis torque)를 출력축(45)에 대한 TSM에 전송한다. 이 주기적인 토크로 인해 TSM가 발진한다. 이 TSM 운동의 진폭은 회전 속도에 비례하며, 전자기기에 의해 측정되는 출력 기계적 신호(output mechanical signal)로서 작동한다. TSM의 운동을 전기용량적으로 감지하고 적절한 진폭 복조를 실행함으로써, 입력축에 대한 회전 속도에 비례하는 전기 출력 신호를 얻는다.
자이로스코프 구성요소들의 상세한 설명
RDM(2)은 RDM 구동 레비테이션 액츄에이터들(10; RDM drive levitation actuators)에 의해 회전축에 대해 비틀려져서 발진하도록 구동되며, 액츄에이터들은 바람직한 실시예에서는, RDM(2)과 TSM(3) 사이에서, RDM(2)의 내부 원주 주위에 배치된다. 이러한 액츄에이터들은 대칭형 콤 액츄에이터들(symmetrical comb actuators)의 형태이다. 도 2b에는 바람직한 실시예의 RDM 구동 액츄에이터들 중 하나의 SEM의 근접사진이 도시되어 있다. 그 사진과 도 1에 도시된 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 각각의 액츄에이터(10)는, 하나는 RDM(2)에 장착되고 다른 하나(11)는 TSM(3)에 장착되는, 한 쌍의 콤형 부분들(comb-like sections)로 구성된다. 이들은 자이로스코프의 평면에서 순 힘들(net forces)을 형성하지 않는다. 이들은 단지 출력축(45)로서 언급되기도 하는 평면 외부 방향에서 레비테이션 힘들을 생성한다. 도 1의 실시예는 RDM(2)과 TSM(3) 사이의 갭(gap) 주위에 고르게 위치된, 그러한 액츄에이터들(10)을 도시하며, 상기 액츄에이터 위치들 중 1개는 RDM 만곡부들(15)에 의해 대체된다. 도 2c를 참조하는 본 발명의 바람직한 실시예에서, 2개의 추가 RDM 액츄에이터 위치들은 자이로스코프를 관성적으로 균형을 맞추기 위해 RDM 만곡부들과 유사한 모양의 구조들로 대체된다. 이러한 구조들은(19)은 관성 균형으로서 언급된다. RDM 만곡부들(15)을 결합하는 선의 각각의 측면 상의 액츄에이터들의 대칭 세트들이 있는 한, 그 밖의 많은 RDM 구동 액츄에이터들(10)이 본 발명의 범위 내에서 가능하다.
복수의 RDM 액츄에이터들은 2 그룹들로 그룹화된다. RDM 만곡들과 결합하는 가설 라인의 한 측상의 RDM 액츄에이터들은 제 1 그룹에 있고, 다른 측상의 RDM 액츄에이터들은 제 2 그룹에 있다. 각 그룹은 RDM 액츄에이터의 절반으로 불린다. RDM의 공진 주파수에서 전압을 두 개의 절반들에 인가함으로써, RDM은 큰 진폭으로 발진할 것이다.
본 발명의 새로운 특징들 중 하나는 RDM 액츄에이터 전극 쌍(11) 및 (12)의 장착이다. 문자그대도 대부분의 액츄에이터들은 이동 가능한 구조물에 장착된 하나의 전극 및 케이스에 장착된 다른 하나의 전극을 갖는다. 본 실시예에서, 두 전극들은 TSM에 RDM를 더한, 하나의 기계적으로 결합된 이동가능한 구조물에 장착된다. 이러한 배치는 케이스로부터 액츄에이션을 분리한다. 이어서, TSM의 운동이 RDM의구동에 더 이상 영향을 미치지 않는다. 왜냐하면, RDM이 TSM에 장착되어 TSM으로 움직이기 때문이다. 요약해서, 제조 기술에 의해 제공되는 전기적 절연은 TSM의 감지 운동의 전자 기계적 디커플링 및 RDM의 구동 엑추에이션으로 변형된다. 상기 디커플링은 실질적으로 자이로스코프스의 출력 신호들을 교란시키는 또 다른 크로스토크의 소스를 소거한다.
콤보 드라이브들 또는 평행판들(parallel-plates)과 같은 다른 정전 액츄에이터들은 사용될 자이로스코프 형상에 의존하는 RDM을 구동하는데 이용될 수 있다.
RDM(2)의 운동은 RDM(2)의 외경 및 케이스(5)에서 웰(well)의 내경 주변의 감지 캐패시터들(14)에 의해 감지된다. 도 1은 4분원의 4개의 상기 감지 캐패시터들(14)의 사용을 도시한다. 바란다면, 다른 수의 감지 캐패시터들이 이용될 수 있다. 도 4에 설명된 바와 같이, 각 감지 캐패시터(14)는 중심이 같은 아크형의 전극들로 구성되는데, 한 전극(41)은 RDM(2)에 장착되고, 반대 전극(42)은 케이스(5)에 장착된다. 또한, 도 4에 도시된 것은 캐패시터들(14)을 절연시키는 절연 조인트들(125) 및 (14)에 전기적 접촉을 허용하는 바이어스(126)이다. 이 감지 캐패시터 기하학은 평면 밖의 운동을 감지한다. RDM이 회전축 주위를 회전할 때, 이 감지 캐패시터 쌍의 한 전극은 평면 밖으로 움직이는 반면, 다른 하나는 고정된다. 이런 상대적인 운동은 전기적으로 감지되고 운동의 측정으로 변형될 수 있는 정전 용량 변화를 일으킨다. 이러한 구상에서 진기한 것은, RDM이 TSM의 회전을 통해 출력 축 주위에서 회전된다면, 평면 밖 운동의 측정에 영향을 주지 않는다는 것이다. TSM 운동에 대하여 무감각한 이유는 아크형 감지 캐패시터들의 회전 대칭으로부터나온다. 정상적인 작동 동안에 TSM의 회전들이 작은 만큼, 감지 캐패시터 정전 용량은 TSM 회전들에 무감각하다.
두가지 설계의 변화들은 RDM 감지 캐패시터에 대비해 실행되었다. 상기 중심이 같은 아크형 감지 캐패시터의 한 전극을 TSM 과 다른 하나를 RDM에 장착할 수 있다. 전극 경로지정 이유에 대해, 상기 바람직한 실시예에서 그와 같이 하지 않기로 결정했다. 또한, 엑츄에이터들이 감지 액츄에이터들로도 사용될 수 있기 때문에, RDM 액츄에이터들(10)의 일부를 감지 캐패시터들로 다른 일부는 액츄에이터들로 사용할 수 있다. 그렇게 하여, 케이스에 대한 모든 기준들을 제거함으로써, 케이스와 상대적인 TSM의 운동으로부터 장치의 작동을 더 디커플링할 수 있다. 게다가, 반대 또한 참이기 때문에, 감지 캐패시터들은 액츄에이터들로서 사용될 수 있고, RDM 감지기(14)에 대한 중심이 같은 아크형 설계는 액츄에이터로서 사용될 수 있다.
도 1에 대하여, 바람직한 TSM 만곡들은 엥커점들(anchor points: 13)에서 내부 케이스(1)에 부착된 얇은 내부 부분(6)에 테이퍼링하는 TSM(3)에 장착된 큰 외부 부분(16)을 갖는다. 도 1에 도시된 바와 같이, 내부 케이스(1)는 TSM 만곡들(16) 및 (6)이 꼭 맞을 수 있는 방사 슬롯들(17)과, 방사 슬롯(17) 상의 가장 깊은 곳에서 앵커점들(13)로 형성될 수 있다. 큰 외부 부분(16), 내부 부분(6), 및 방사 슬롯들(17)은 TSM 만곡들의 충분한 길이 및 적당한 위치를 허가하여 필요한 정도의 만곡을 허용한다.
바람직한 실시예에서, 출력축을 중심으로 하는 TSM의 만곡부의 만곡 견고성은 일부는 빔의 만곡 견고성 때문이고, 일부는 빔의 복합 성질에 의해 도입되는 축 견고성 때문이다. 제조 동안에, 산화층들이 실리콘 빔 상에 침착 또는 성장된다. 장치의 제조 온도와 동작 온도간에는 온도차가 존재한다. 빔들은 열 팽창 계수가 다른 다수의 재료들로 구성되기 때문에, 일부 순 축 압력(net axial stress)이 잔류한다. 이 축 압력은 출력 축을 중심으로 TSM의 전체적인 견고성에 적극적으로 기여하는 장력으로서 TSM 만곡부에서 그 자체로 나타난다. 기판에 대한 TSM 탄성부의 결합 위치 및 TSM의 배열은 TSM 만곡부들이 장력 부과된 상태로 되는지를 결정한다. 기타 다른 배열을 이용하여, TSM 만곡부들은 압착 상태로 될 수 있으며, 이에 의해 만곡부들은 만곡되거나 힘이 약해지게 된다.
상기 TSM(3)의 운동을 감지하는데 사용되는 커패시터(7)는 TSM(3)와 내부 케이스(1) 사이의 환상의 갭에 반경 방향으로 배열된 여러 세트들의 평행 판들의 형태를 가지고 있다. 센서의 한 세트의 판(8)은 기판(1)에 부착되고, 다른 세트의 판(9)은 TSM(3)에 부착된다. 절연 조인트(127)들이 주변 실리콘으로부터 커패시터(7)를 전기적으로 절연시킨다. 도 5에 상세히 도시된 바와 같이, 센서 팔(arm)들은 큰 갭(31)과 작은 갭(30)인 2 개의 갭을 가지고 있다. 감지는, 작은 갭(30)을 가로질러 판(8)과 판(9) 사이에서 이루어진다. 이 배열에서, 큰 갭들(31)은 운동에 따른 순 용량 변화를 생성하기 위해 필요하다. 도 5에는 운동을 감지하는데 사용되는 전체 개수 중 적은 개수만이 도시되어 있다.
도 1에는 자이로스코프를 반으로 분할하는 라인(28)이 도시되어 있다. 라인(28)의 한쪽에는, TSM이 출력 축을 중심으로 정방향으로 회전할 때 용량을 증가시키기 위해, TSM 커패시터(7)가 배열되어 있다. 라인(28)의 다른 쪽에는, TSM이 출력 축을 중심으로 정방향으로 회전할 때 용량을 감소시키기 위해, TSM 커패시터(7)가 배열되어 있다. 라인(28)의 각각에서 모든 TSM 커패시터(7)들의 누적 합간의 차이를 구함으로써, 운동의 차동 용량 측정이 수행된다. 측정이 수월하도록, 라인(28)의 특정 쪽 상의 모든 TSM 센스 커패시터(7)들은 병렬로 함께 접속된다.
일반적으로, 동일한 기능을 수행하는 센스 커패시터 및 액츄에이터 커패시터는 병렬로 함께 접속된다. 이는 RDM 구동 커패시터들, RDM 센스 커패시터들, 및 TSM 센스 커패시터들의 경우에도 유효하다. 추후에, 자이로스코프 전자 기술에 대한 설명에서, TSM 센스 커패시터들은 2 개의 하프(half)들을 가지고 있는 것으로 언급된다. 이들 2 개의 하프는 라인(28)의 각각의 쪽 상의 TSM 센스 커패시터들의 병렬 접속을 말한다. 하나의 하프는 TSM의 포지티브 회전으로 그 용량을 증가시키고, 다른 하프는 감소시킨다. 이들 두 하프 사이에서, 차동 측정이 회로에 의해 수행될 수 있다.
절연 기술을 사용하면, 또한, 라인(28)에 의해 분할된 자이로스코프의 2 개의 하프 사이에서보다 작은 스케일로 차동 측정을 수행하는 구조에서, TSM 센스 커패시터들을 보간할 수 있다. 각각의 판(9)의 시계 방향쪽과 반시계 방향쪽 사이에서 차동 측정이 행해질 수 있도록, 커패시터 판(8)을 2 개의 별개의 판들로 전기적으로 분할할 수 있다. 이 변형에서, 선형 가속 신호들에 대한 자이로스코프의 저항은 차동 운동이 측정되는 레벨을 증가시킴으로써 증가된다.
실리콘 다이(die)의 외부 에지들을 따라 배열된 결합 패드들로부터 자이로스코프까지의 연결을 위해, 탄성 리드(4)라고 하는 만곡 가능 전극들이 바람직하게 사용된다. 자이로스코프의 이전의 버전에서, 결합 패드들은 케이스(1) 영역 상에 배치되었고, 장치의 나머지 부분에 대한 전기 접속을 행하기 위해 와이어들이 TSM 만곡부(18)들을 따라 배열되었다. 장치를 밀폐시키기 위해서, 전기 리드들은 자이로스코프의 외부로 배열되어야 한다. 본 발명에서, 탄성 리드(4)들은 시작 재료로서 특수 처리 단계들이나 특수 웨이퍼들의 필요 없이 기능을 제공한다. 이들 탄성 리드들의 예가 도 1, 도 4 및 도 2a 및 도 2c의 SEM 사진들에 나타나 있다. 도시된 예에서, 탄성 리드들을 형성하는 실리콘 빔들의 상부를 따라 금속이 배열되어 있다. 1000 nm 정도의 두께의 절연층이 실리콘과 금속을 절연시킨다. 탄성 리드들의 큰 루프 설계는 RDM과 TSM의 운동에 부과된 견고성을 감소시킨다. 이 설계 상에서의 한가지 변화는 탄성 리드에서 전기 전도체로서 실리콘을 사용한 것이다. 탄성 리드의 실제 형상은 기능만큼은 중요하지 않다. 이 기능은 자이로스코프와 케이스(5) 상에 위치된 와이어 및 본드패드간의 만곡 가능 전기 접속을 제공하는 것이다.
상기 탄성 리드들은 센서 소자의 밀봉을 가능하게 하며, 따라서, 패키징 및 동작 동안의 환경으로부터 보호된다. 바람직하게, 센서는 프릿(frit) 유리 밀봉으로 소자 기판에 결합된 실리콘 덮개에 의해 밀봉된다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따라 제조된 자이로스코프의 실제 스캐닝 전자 마이크로스코프(Scanning Electron Microscope) 사진들이다. 도 2b, 도 2c 및 도 2d에는, 스케일이 변하는 클로즈업들, 즉 도 2a의 전체 도면 상에 대시 라인(-)들에 의해 표현된 클로즈업들에 의해 커버된 대략적인 영역들이 도시되어 있다.
이들 사진은 자이로스코프에 바람직하게 사용되는 오픈형 셀룰러 구조를 나타낸다. 실리콘 빔은 1-2 μm의 폭과 10-50μm의 깊이를 가지고 있다. 해제되는 에치(etch)는 일정 시간 후 작동되므로, 보다 넓은 빔 구조들이 충분히 언더컷(undercut)되지 않고 기판에 고정된 채 유지되며, 또한 지지 구조체로서 사용되고 표면들을 상호 연결한다. 해제되는 빔들은 자이로스코프의 기계적 부분들을 형성하기 위해 함께 결합된다. 자이로스코프에의 전기 접속을 위해 설계된 탄성 리드들은 동일한 제조 시퀀스로 제조된다.
자이로스코프 상에서의 전기적 경로지정
이 자이로스코프 설계의 일부 구별되는 특징들은 정전 드라이브들과 감지 커패시터들의 전기적 경로지정 및 접속이다. 이 경로지정(routing)을 가능하게 하는 것은 이동 가능한 실리콘의 영역들을 분리하는 방법이다. 이하 제작 단락에 설명되는 바와 같이, 자이로스코프는 본질적으로 하나의 도전 실리콘에서 잘려진다. 모든 정전 드라이브들과 감지 커패시터들은 이 실리콘으로 구성되기 때문에, 실리콘의 영역들을 절연하기 위한 부가 단계들이 취해지지 않더라도, 모든 전극들이 함께 짧아질 것이다. 이하 설명되는 분리 세그먼트들은 이것을 실리콘의 영역들을 절연하기 위해 필요한 것으로 다룬다. 이러한 세그먼트들은 다른 실리콘 자이로스코프 설계들에는 존재하지 않은 특징, 즉, 이동 가능한 실리콘의 한 몸체에 다수의 전극들을 형성하는 능력을 제공한다.
다른 실리콘 자이로스코프들에서, 이동 가능한 구조는 모두 한 위치에 있다.이것은 RDM 용량성 변환기들, 센서들이나 액츄에이터들 중 하나의 메이팅 전극(mating electrode)이 케이스에 설치되어야 한다는 것을 의미한다. 이동 가능한 실리콘의 영역들을 절연하기 위한 능력은, RDM 변환기의 두 전극들이 이동 가능한 구조에 대해 RDM 상에 절반이, TSM 상에 절반이 설치될 수 있다는 것을 의미한다. TSM은 RDM을 지지하기 때문에, 드라이브 엑츄에이터의 동작은 출력축에 대한 TSM의 운동으로부터 디커플링된다.
다른 연구원들은 TSM 및 RDM을 갖는 기계적으로 디커플링된 자이로스코프 설계들을 만들었다. 이러한 종래의 설계들은 모두 케이스(1 또는 5)에 설치된 하나의 액츄에이터 전극을 갖는 RDM을 구동한다. 이 것은 잠재적으로 TSM의 출력 운동과 RDM의 입력 운동 사이에 원하지 않는 결합을 야기시킬 수 있다. 본 발명 내에서의 바람직한 해결책은, RDM 액츄에이터 전극들이 상술한 바와 같이 TSM 상에 하나 및 RDM 상에 하나 설치되는 것이다. 한 대안적인 것으로서, TSM의 출력 운동이, 한 전극이 케이스(1 또는 5)에 설치되더라도 RDM에 적용할 수 있는 RDM 액츄에이터의 힘에 영향을 미치지 않도록 RDM 드라이브 액츄에이터를 설계하는 것이다. 이 개선책은 액츄에이터로서 RDM 감지 커패시터(14)를 사용하여 이루어질 수 있다. RDM 감지 커패시터(14)의 동심의 호(arc) 설계는 동작동안 통상적으로 경험되는 출력축에 대한 회전들에 의해 영향을 받지 않는다.
본 발명 내에서, 이동 가능한 구조 내의 다수의 영역들을 전기적으로 절연하기 위한 능력은 자이로스코프 신호들을 처리하는데 필요한 회로 설계에 상당한 의리들을 가지고 있다. 전체 이동 가능한 구조가 한 위치에 있는 경우의 종래 기술에서는, 결합된 전기 신호들을 처리하는 어려움이 있다. 3개의 용량성 변환기들, 즉, TSM 감지 커패시터(33), RDM 감지(34) 및 RDM 드라이브(35)가 전자 개략도의 일부로서 도시되어 있다. 3개의 용량성 변환기들은 대응하는 전압 신호들(36, 37, 38)에 의해 측정되거나 구동된다. 종래 기술에서, RDM과 TSM은 변환기들(33, 34, 35)에 대해 하나의 공통 전극을 형성한다. RDM과 TSM에 의해 형성된 공통 전극은 접합부(39)로서 개략적으로 도시되어 있다. 따라서, 일렉트로닉스는 신호 처리동안 개별적으로 신호들을 분리해야 한다. 이것은 상당히 개별적인 전압 신호들(36, 37, 38)의 주파수들을 유지함으로써 달성될 수 있지만, 바람직하지는 않다. 본 발명은 도 13b에 도시된 바와 같이 신호들을 개별적으로 유지하는 것을 허용한다. 개별적인 배선들은 자이로스코프 일렉트로닉스에 변환기들(33, 34, 35)로부터 동작하기 때문에, 전압 신호들(36, 37, 38)은 유사하거나 같은 주파수들일 수 있으며, 각 신호들을 분리하는 어려움을 야기하지 않게 된다.
전기 크로스오버들은 실리콘의 분리 영역들에 대한 접속을 용이하게 한다. 전기 크로스오버들은 고정 실리콘 영역들과 이동 가능한 부분들(RDM, TSM)에 설치된 것 모두에 사용된다. 고정 실리콘 영역들에서의 크로스오버들은, 배선들이 결합 패드들로부터 드라이브 및 감지 전극들로 경로지정이 정해질 수 있도록 유연성을 제공한다. 이동 가능한 실리콘 영역에서의 크로스오버들은 RDM 및 TSM 내의 전극들의 경로지정시 유연성을 제공한다. 몇몇 경우에, 크로스오버들이 없으면 필요한 접속들을 이루는 것은 위상적으로(topologically) 불가능할 것이다. 고정 전기 크로스오버들은 본 발명의 양수인에게 양도된 미국 출원 제 09/231,082 호에 포함되어 있다. 이동 가능한 구조 내의 크로스오버들은 본 발명의 목적이다. 도 14는 이동 가능한 크로스오버의 예를 도시한다.
다른 구성들
도 6a 내지 도 6c에는 자이로스코프에 대한 3개의 주요 구성들이 도시되어 있다. 이 개략도 각각은 RDM(20), TSM(21)와 케이스(22), 및 회전축(23), 입력축(24) 및 출력축(25)을 도시한다. 도 6a 내지 도 6c는 개략적인 자이로스코프 설계이다. 이들은 자이로스코프의 실제 형태와 조각들의 배치가 자이로스코프를 생산하기 위해 어떻게 광범위하게 변경될 수 있는지를 나타낸다. 구성들간의 유사성은, 모두 케이스, RDM 및 TSM을 갖고, 모두 직각의 회전축, 입력축 및 출력축을 가지며, 모두 TSM에 부착된 RDM과 케이스에 부착된 TSM을 갖는다는 것이다. 한 부가적인 유사성은, 세 구성들 모두 3개의 축에 대해 대칭성을 포함한다는 것이다. 이 대칭성은 자이로스코프를 동적으로 균형잡기 위해 필요하다. 이 차이점들은 회전축, 입력축 및 출력축을 나타내는 방향들이다. 추측될 수 있는 바와 같이, 3개의 상호 직교하는 축에 있어서, 2개의 축들이 자이로스코프의 평면에 있을 때 3개의 가능한 조합들이 있다. 구성들은 어떤 축이 평면의 바깥쪽을 향하느냐에 의해 정의될 수 있다. 도 6a에서, 평면에서 회전축이 나타난다. 도 6b에서는 평면에서 출력축이 나타나고, 도 6c에서는 평면에서 입력축이 나타난다.
도 7은 동작하고 있는 2개의 좌표축들을 보여준다. 3개의 축들(26, 27, 25)(회전축, 입력축, 출력축)은 내부 공간에 대한 자이로 케이스라고 하며, 3개의 축들(23, 24, 25)(회전축, 입력축, 출력축)은 TSM 좌표 프레임이라고 한다.축들(23, 24, 25)은 TSM에 부착된다. 축들(23, 24, 25)은 출력축에 대한 TSM의 회전각과 같은 단일 회전각에 의해 축들(26, 27, 25)과는 다르다.
RDM, TSM 및 케이스의 형태는 자이로스코프 구성을 정의하지 않는다. 대신에, 스핀, 입력 및 출력 축들은 구성을 정의한다. 예컨대, 도 6b의 자이로스코프는 TSM 내의 직각 RDM을 갖지만, 도 1 내지 도 5에 기술한 본 발명과 동일한 구조를 가진다. 양자의 경우에, 출력축은 평면의 바깥쪽을 향한다. 양자의 경우에, RDM은 TSM에 부착되고, TSM은 케이스에 부착된다. 한 경우에 RDM이 직사각형이고, 다른 경우에 RDM이 고리형태라는 사실은 구성의 관점과 무관하다. RDM이 한 경우에 TSM 내부에 있고, 다른 경우에 외부에 있다는 점은 구성의 관점과 무관하다. 양자의 경우들은 동일한 방법으로 자이로스코프로 동작하며, 따라서, 동일한 구조라 칭한다. 그것은 더 큰 출력 신호를 생성함으로써 더욱 우수하게 동작할 수 있지만, 기능적으로는 동일하다.
본 발명은 도 6a, 6b, 및 6c에 도시된 3개의 구성들 중 임의의 하나에서 자이로스코프를 형성하도록 구성될 수 있다. 바람직한 실시예는 도 1 내지 도 5에 기술되고 도시된 바와 같이, TSM 외부에 배치된 RDM을 갖는 도 6b의 구성 상의 변화이다.
각각의 이러한 구성들은 다른 두 개의 구성들을 통해 특정한 장점을 갖는다. 일예는 입력축의 방위이다. 한 구성이 모든 3개의 회전축들을 측정하는 자이로스코프들의 모놀리식 시스템(monolithic system)을 구성할 필요가 있다면, 적어도 2개의 구성들이 필요하고, 그들 중 하나는 도 6c에 도시된 바와 같은 구성이어야 한다.
모무 3개의 구성들의 자이로스코프의 실현에 있어서 중요한 특성은 대칭(symmetry)이다. 많은 경우의 대칭은 교차축 회전 속도들(cross axis rotation rates)에 대한 감도를 제거한다. 일 예는 도 6b의 구조가 중심에 대해 비례하여 평면 내의 대칭을 요구하는 것이다. 대칭은 스핀(23)에 대한 TSM(21)의 관성 및 입력(24)축이 동일하게 하고, 그 차이가 0이 되어 교차축 회전 속도에 대한 회전 감도(gyro sensitivity)를 제거한다.
전자 설계
도 8은 본 발명의 자이로스코프를 구동하는데 사용될 수 있는 전자 장치용 방법을 도시한다. 전자 장치는 TSM 회전이 제로상태(null)로 구동되지 않는 오픈-루프 모드(open-loop mode)에서 자이로스코프를 동작시킨다. 그러나, RDM에 대해, 그 공진 주파수에서 부재가 발진하게 하는 피드백 제어 루프가 있다.
자이로스코프용 전자 장치는 2개의 경로들, RDM용으로 하나 및 TSM용으로 하나로 분할될 수 있다. 도 8에서, TSM 경로는 개략도의 상부의 반만을 도시한다.
자이로스코프용 기계 감지 소자는 도 8의 사선 박스내에 개략적으로 포함된다. 박스의 상부의 반에서, 커패시터들(Cs1, Cs2)은 TSM의 회전을 결정하기 위해 사용되는 2개 반의 다른 커패시터를 나타낸다. Cs1은 선(28) 위의 도 1의 모든 TSM 감지 커패시터들(7)의 병렬 접속에 대응한다. Cs2는 선(28) 아래의 모든 TSM 감지 커패시터들의 병렬 접속에 대응한다. 하부 박스에서, 커패시터들(Cd1, Cd2)은 RDM의 동작을 감지하도록 사용된다. Cd1은 가상의 선의 오른쪽에 모든 RDM 감지 커패시터들의 병렬 접속에 대응한다. Dt1및 Ct2는 RDM에 회전력을 주기위해 동작기들로 사용된다. Ct1및 Ct2는 가상의 선의 왼쪽 및 오른쪽 각각에 대해 도 1의 모든 RDM 구동 동작기들(10)의 병렬 접속에 대응한다.
RDM 및 TSM의 운동을 감지하는 전자 장치는 캐리어 시스템에 기초한다. 100㎑, 2.5 볼트 피크-피크 캐리어(Vcarrier)의 방향은 개략도의 상부 왼쪽 코너에 (51) 도시된다. 캐리어는 변환기(52)에서 변환된다. Cs1 및 Cs2의 직렬 접속을 통해 고주파수 캐리어 전압들을 동일하지만 반대로 배치함으로써,Cs1및 Cs2의 불평등이 접지 전위에서 유지될 때, 중심점 외부 또는 중심점으로 순 전류 속도를 초래할 것이다. 이러한 전류 흐름은 Cs1과 Cs2간의 차에 비례하는 진폭으로 캐리어 주파수에서 사인파인 증폭기(56)의 출력으로 신호를 부여하기 위해 Op Amp(56) 및 Cf에 의해 집적된다. 저항(Rf)은 DC 전위를 정의하는 기능을 한다. 다음에, 이러한 차동 캐리어 신호는 As의 이득에 의해 증폭된다(57). 개략적인 심볼(57)은 As의 이득에 의한 신호를 집합적으로 증폭하는 증폭기 스테이지들의 집합이다. TSM의 운동에 비례하는 전압 신호를 획득하기 위해, 진폭 변조된 캐리어 신호가 복조될 필요가 있다. 이러한 처리는 캐리어(Vcarrier)에 의해 증폭 스테이지(57)외부로부터 발생한 신호를 증폭(62)하고, TSM의 회전에 비례하는 저주파수 신호(Vsm)를 추출하기 위해 로-패스 통과 필터(63)를 통해 그 결과를 통과시켜 실행된다. 전형적인 로-패스 통과필터(LPF) 컷-오프 주파수들은 약 10㎑로 설정된다.
전자장치의 대략의 동등한 세트를 사용하여, Op Amp(58)는 Cd1과 Cd2간의 차에 비례한 진폭을 갖는 신호를 출력하며, 증폭기(59) 내의 Ad인자에 의해 증폭되고 Vcarrier로 곱해지고(64) 필터링(65)되며, 전압 신호(Vdm)은 RDM의 운동에 비례하여 생성된다. 이러한 RDM 신호는 공진에서 RDM을 유지하기 위해 복조 기준 및 피드백 신호로서 사용된다.
RDM의 공진은 개략도의 하부 상의 피드백 루프에 의해 유지된다. 먼저, RDM의 운동의 측정치인 Vdm는 90도 편이기(90 degree phase shifter)(61) 및 전압 제한기(60)를 통과한다. 전압 제한기는 제어된 방법으로 RDM의 발진기를 제한하는 비선형성을 제공한다. 이러한 제한된 신호는 구동 커패시터들(Ct1, Ct2)에 최후로 피드백된다. RDM의 한쪽에 풀 업(pulling up)시키고 다른쪽에는 풀 다운(pulling down)시킴으로써 RDM을 상이하게 회전시키도록 원하기 때문에, 제한된 신호는 RDM 드라이브(Ct1)의 반에 대한 변환기(53)를 통과하고, 다른 드라이브(Ct2)에 대한 변환기를 통과하지 않는다. 구동 커패시터들로 구동 신호를 공급하기 전에, 합산 접합부들(54, 55)은 DC 전압 레벨(Vlin)로 발진 신호를 이동하도록 사용된다. Vlin은 정전기 드라이브들의 적절한 동작을 위한 모든 전압 레벨들을 양으로 유지하도록 사용된다. DC 전압 레벨의 시프트없이 정전기 동작기에 의해 생성된 토크는 전압의 제곱에 비례하기 때문에, 2개의 반대의 위상 발진 구동 신호들은 동일하고 반대의 토크들을 생성하여 서로간의 영향을 제거한다. DC 전압 레벨 이동은 토크들이 RDM을 구동하기 위해 함께 동작하는 것을 보장한다.
Vlin은 또한 RDM 의 공진 주파수를 조절하는데 이용될 수 있다. RDM 구동 전극들에 인가되는 이러한 DC 바이어스는 편향에 의존하는 힘을 생성한다. 이러한 힘 구배는 정전 강도(electrostatic stiffness)로서 모델화될 수 있다. RDM의 순 뒤틀림 강도는 기계적 및 정전기적 강도의 합이 된다. 공진 주파수는 순 강도의 제곱근에 비례함으로, DC 바이어스의 값을 조절함으로써 RDM 공진은 TSM의 공진으로부터 특정 간격에 있도록 동조될 수 있다.
TSM 신호(Vsm)을 자이로스코프 속도 출력 신호로 변환하기 위해, 하나 이상의 복조 레벨이 필요하다. Vsm은 속도 입력 정보를 포함할 뿐만 아니라 자이로스코프의 오정렬 및 결함에 기인한 구상 신호(quadrature signal)를 포함한다. 다행히도, 구상 신호는 속도 신호로부터 대략 90도 만큼 위상 이동된다. 전자 회로는 이러한 점을 고려하여, 승산(66)을 실행하기 이전에 기준 신호(Vdm)의 위상(67)을 적절히 이동시킨다. 얻어진 신호를 대략 50 Hz 의 컷오프 주파수가 설정된 로=패스 필터(68)를 통해 통과시킨 후에는, 각속도 입력에 비례하는 자이로스코프 출력 전압 (속도 출력)에 도달한다.
RDM 의 기계적 공진 주파수에서, 신호를 Ct1및 Ct2로 구동하고 Cd1및 Cd2간의 차를 감지하는 것간의 위상 이동은 90도가 될 것이다. 루프에 이미 존재하는 180도 위상 반전과 90도 위상 이동 블록으로부터의 이동과 결합되는 상기한 위상이동은 공진 주파수의 완전한 루프에서 360도 위상 이동을 제공할 것이다. 이득(Ad)이 정확히 선택된다면, 루프 및 구동 부재는 기계적 공진 주파수로 또는 그에 인접하게 발진하게 될 것이다. 제한 회로는 발진의 진폭을 제한한다. 발진은 시스템에 존재하는 열적 노이즈로 인하여 시작하게 된다. 전자 회로는 RDM 을 그 공진 주파수인, 공칭값 850 Hz 로 발진하게 한다. 구동의 양호도 Q 는 5 Torr 의 동작압에서 5 가 된다. TSM 의 공진 주파수는 공칭값 950 Hz 이며 50의 Q 를 갖는다. 공진들의 분리는 공진의 온도 유도 변화에 대한 스케일 인자의 감도를 줄이도록 설계된다. 이러한 분리는 또한 충분한 기계적 감지 대역폭을 제공하는데 필요하다. 다른 동작압들, 공진들 및 Q 들은 특정 응용에 따라 이용될 수도 있다.
자이로의 대역폭은 로우터와 감지 부재 발진 공진들 간의 분리 크기에 의존한다. 단지 이러한 파라미터만으로, RDM 과 TSM 공진 간의 큰 분리를 선택할 수 있을 것이다. 이러한 분리는 설계에 있어서 자이로의 감도와 교환된다. 자이로의 감도는 공진들이 서로간에 인접하게 됨에 따라 증가하게 된다. 최대 감도는 공진들이 동일할 때 발생하게 된다. 적절한 접근은 자이로를 공진이 떨어진 감지 부재로, 즉 감지 부재 공진이 로우터 부재와 분리된 상태로 동작하는 것이다. 이러한 설계는 공진들이 서로에 대해 표류하게 되므로 위상 변화에 대해 덜 영향을 받는다.
감쇠(damping)는 자이로스코프의 설계에 있어 중요한 파라미터가 된다. 일반적으로, 자이로스코프들을 만드하는데 이용되는 제조 처리에서 감쇠가 없는 중요한 설계가 있다. 현재의 RDM 의 설계에 있어서, 오픈 셀룰러 구조는 고체판에서밝혀진 것보다 낮은 감쇠를 제공한다. 셀 사이즈들의 배열은 RDM 의 감쇠를 줄이거나 증가하도록 맞추어질 수 있다. TSM에 대하여, 커패시터 감지판들의 배열 및 기하학 구조는 TSM의 감쇠를 줄이거나 증가하도록 변경될 수 있다.
TSM 이 다른 세트의 전자 회로들을 가지며 동일한 기하학 구조를 사용하여 오픈 루프에서 동작되기는 하지만, TSM 운동이 제로 상태로 구동되는 폐쇄 루프에서 자이로스코프를 동작할 수 있다. 일부의 경우에서는, 부가적인 액츄에이터 세트들이 상기한 특정한 구동 기능을 달성하는데 유용될 수 있다. 또한, 자이로스코프 회로 내에서, RDM 의 운동으로부터 제로 속도 입력을 갖는 TSM 출력으로 결합하는 어떠한 구상 신호들도 제로 상태(null)로 하기 위해 구동 신호를 TSM에 제공하는 것이 바람직할 수도 있다. 구상 신호를 제로 상태로 구동하는 것은 자이로스코프 온도 감도를 줄이게 된다.
도 8에 도시된 회로는 이산 회로들을 사용하여 구성되었다. 이러한 회로는 스위치된 커패시터 기술을 사용하는 집적 회로로 변환될 수 있다. 본 발명의 자이로스코프가 웨이퍼 레벨에서 실링(sealing)될 수 있다면, 도 8에 도시된 회로의 기능을 수행하는 집적 회로와 자이로스코프 감지 소자를 취할 수 있으며 이들을 산업 표준 SOIC 패키지에 패키지할 수 있다.
제조 방법
실리콘 자이로스코프에 대한 적절한 제조 시퀀스는 본 발명의 양수인에게 양도된 미국특허출원 제09/231,082호에 기술되어 있으며, 본 명세서에 참조된 실리콘 마이크로메카닉 제조 처리에 의존한다. 이 공정들은 통합 전기적 절연 세그먼트들과 칸틸레버드 실리콘 빔들의 그리드(grid of cantilevered silicon beams)로 구성되는 실리콘 자이로스코픽(gyroscopc)의 결과가 되며, 이는 이 자이로스코프의 분리된 부분들을 기계적으로 연결하지만 전기적으로는 절연하도록 작용한다.
제조 프로세스는 출원 09/231,082에 기술되고 도 9a 내지 9에 묘사된다.
단계 1(도 9a) : 제조 공정은 종래 기술들(91)로 패터닝된 유전체 층(92)을 갖는 실리콘 웨이퍼(93)로 시작한다.
단계 2(도 9b) : 웨이퍼(93)는 절연 트랜치(trench)(94)를 생성하도록 에칭된다.
단계 3(도 9c) : 이 트렌치는 유전체 층(96)으로 채워진다(95).
단계 4(도 9d) : 유전체 층(96)과 채워진 트랜치(95)들은 통합 전기적으로 절연하는 유전체 세그먼트로 부드러운 유전체 표면(97)을 제공하도록 평면화된다.
단계 5(도 9e) : 유전체(97) 내의 비아(via: 98)는 전기적 연결을 위해 실리콘(93)의 표면을 노출하도록 패터닝되고 에칭된다.
단계 6(도 9f) : 금속층(99)은 유전체 층(97) 상에 침착되고 실리콘 표면(100)에 비아(98)를 통해 접촉을 만든다.
단계 7(도 9g) : 금속(99), 양호하게는 알루미늄, 은 다른 전극 경로지정 구성들(different electrode routing configurations)을 생성하도록 패터닝된다(101).
단계 8(도 9h) : 실리콘 빔들(102)이 마이크로메커니컬 소자들에 대해 자유 스텐딩 칸틸레버들(free standing cantilevers)을 제공하도록 패터닝되고 에칭되고패시베이션되고 릴리즈된다.
이 공정은 지로스코프가 작용하고 높은 수행 레벨들에서 동작하도록 허용하는 몇몇 현저한 장점들을 제공한다. 고 애스펙트(high aspect) 단결정 실리콘 칸틸레버 빔들은 자이로스코프가 종래의 마이크로머시닝 표준들(micromachining standards)에 의해 mm-스케일 직경들 크기 이상으로 만들어질 수 있도록 한다. 이것은 자이로스코프가 높은 감도와 높은 해상도의 결과가 되는 큰 관성 덩어리를 얻도록 한다. 금속 도전성 층은 RDM 드라이브 및 센스와 TSM 센스에 대해 요구되는 것과 같은 다중 구조 연결들을 제공하는 빔 구조들의 꼭대기에만 제공된다. 절연 세그먼트들은 자이로스코프의 다른 기능을 전기적으로 분리하고 기생 용량을 감소하면서 실리콘 빔들 내로 통합된다. 용량성 활동 또는 감지가 요구되는 영역들에서, 금속층은 빔 실리콘 코어들에 접촉하며, 이는 커패시터 판들로 작용한다. 이는, 절연 세그먼트들이 실리콘 빔들로부터 기판 실리콘으로 도전 경로를 방해하기 때문에 가능하다. 최종적으로, 자이로스코프의 다른 활동 부분들을 어드레스하기 위해 서로서로 가로지르기 위한 전기적 경로들을 요구하는 영역들에서, 다중 레벨 도전 경로는 꼭대기 도전 금속층들과 하부 실리콘에의 접촉들을 사용 가능하다. 그러므로, 이 공정은 자이로스코프에서 요구되는 각각의 기능성들 허용하고 이들을 표준 실리콘 기판들과 높은 제조 가능한 환경에서 수행한다.
제조 공정의 중요한 부산물은 다중 레벨 금속화의 표준 크로스오버 기능을 수행하는 전기적 상호 연결 구조들을 생성하는 능력이다. 이 크로스 오버는 자이로스코프 설계 내에서 실행되는 도 10에 도시된 출원 제09/231,082호에 기술된다.
도 10에서, 박스(88)는 간단히 해제된 실리콘 빔들(82 및 86)을 포함하는 공동을 나타낸다. 신호 A(80)는 빔(86)의 꼭대기 상의 평면 금속 층(87)만을 사용하여 한 빔구조(86)를 가로질러 결로지정 된다. 신호 B(81)는 그들 스스로 실리콘 빔들(82)을 통한 경로를 사용하여 신호 A(80)에 수직으로 경로지정 된다. B를 위한 전류 경로는 빔들(82)의 꼭대기 상의 금속(83) 내에 여행하고 접촉 비아들(84)을 통해 실리콘에 연결되고, 더블 실리콘 빔들(82)을 통해 반대 비아(84)까지 흐르고 금속 경로(83)를 빠져나간다. 이 방법으로, B 전류는 종래의 두 금속층들을 필요로 하지 않고 다중 레벨 전류 경로를 생성하면서 아래로 흐르고 A로부터 절연된다. B에 대한 실리콘 도전 경로가 나머지 실리콘 기판으로부터 절연되도록 하기 위해, 전기적 절연 세그먼트들(85)은 전략적으로 설계 내에 놓인다. 이 결과는 실리콘 빔 코어들의 도전 및 단지 하나의 평면 금속층을 사용하는 다중 레벨 상호접속 방법이다.
본 발명은 TSM 또는 RDM인 이동 가능한 구조 내에 크로스오버 구조를 배치하여 크로스오버 기능성을 확장한다. 도 14는 크로스오버의 다이어그램을 도시한다. 이 설계는 점들(114)의 이동 가능한 구조의 나머지에 연결된다. 크로스오버의 목적은 포인트(112)에서 점(113)으로 수평 진행하는 신호 B를 가로지르도록 점(110)에서 점(111)으로 수직적으로 신호 A를 경로지정하는 것이다. 신호 A에 대한 전기적 경로는 금속 자취(121) 상의 포인트(110)에서 시작한다. 이 금속 자취(121)는 빔의 꼭대기 상을 달리고 신호 A가 실리콘 빔을 들어가는 비아(119)에 연결된다. 비아(119)에서 시작하는 모든 실리콘 전기적 경로들은 절연 조인트들(115)에 의해둘러싸는 실리콘 연결들(114)로부터 절연된다. 비아(119)에서 신호 A는 비아(120)에 대해 빔(118)을 따라 이동한다. 비아(120)에서 신호 A는 금속 트레이스(metal trace: 122)로 들어가고 이동 가능한 구조 내의 다른 영역들에 연속하는 점(111)으로 이동한다. 신호 B는 금속 트레이스(117) 상의 점(112)에서 시작하고 점(112)에서 이동 가능한 구조 내의 다른 영역들에 대해 연속하는 점(113)으로 곧바로 이동한다.
또한 절연 세그먼트들의 형성 및 크로스오버들이 단결정 실리콘에 제한되지 않고, 두꺼운 필름 폴리실리콘, 에피텍셜 실리콘, 및 실리콘 상의 절연체 기하학들에 적용될 수도 있음을 상기해야 한다.

Claims (25)

  1. 마이크로머신 자이로스코프(micromachined gyroscope)에 있어서,
    a) 표면과 상기 표면 아래의 기판 내에서 오목하게된 실질적으로 링 형상 웰(well)을 갖는 기판으로서, 상기 웰은 상기 웰의 축 상에 외부 둘레 및 중심 요소(element)를 갖는, 상기 기판과,
    b) 상기 웰과 동축인, 상기 웰 내에서 실질적으로 링 형상 로우터(rotor) 구동 부재와,
    c) 상기 웰과 상기 로우터 구동 부재와 동축인, 상기 웰 내에서 실질적으로 링 형상 토크 합산 부재(torque summing member)로서,
    상기 로우터 구동 부재는 복수의 RDM 만곡부들(flexures)에 의해 상기 웰 내에서 이동가능하게 매달려 있으며,
    상기 토크 합산 부재는 복수의 TSM 만곡부들에 의해 상기 웰 내에서 이동가능하게 매달려 있는, 상기 토크 합산 부재와,
    d) 상기 로우터 구동 부재와 상기 토크 합산 부재에 결합되어, 정전 레비테이션 액츄에이터들(electrostatic levitation actuators)에 발진 전압을 인가하여 상기 토크 합산 부재에 대해 상대적인 상기 로우터 구동 부재의 발진 움직임을 일으키는 복수의 로우터 구동 부재 정전 레비테이션 액츄에이터와,
    e) 상기 로우터 구동 부재와 상기 기판 사이의 상대적인 움직임을 검출하기 위한 복수의 로우터 구동 부재 센서들과,
    f) 상기 기판과 상기 토크 합산 부재 사이의 상대적인 움직임을 검출하기 위한 복수의 토크 합산 부재 센서들을 포함하는, 마이크로머신 자이로스코프.
  2. 제 1항에 있어서, 두 개의 토크 구동 부재 만곡부들이 있고, 각각의 토크 구동 부재 만곡부는 상기 로우터 구동 부재에 접속된 제 1 부재와 상기 토크 합산 부재에 접속된 제 2 부재를 가지며, 상기 로우터 구동 부재 만곡부들은 상기 웰의 축에 대해 상대적인 상기 로우터 구동 부재의 반대측들 상에 위치되어, 상기 레비테이션 액츄에이터들에 의해 구동될 때, 상기 로우터 구동 부재가 상기 로우터 구동 부재 만곡부들에 의해 정의된 기준 축에 대한 각으로 사인곡선적으로(sinusoidally) 발진하는, 마이크로머신 자이로스코프.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 레비테이션 액츄에이터들은,
    상기 로우터 구동 부재의 원주(circumference)로부터 빠르게 장착된 팔(arm), 및 상기 팔로부터 직각으로 뻗친 복수의 손가락들을 포함하는 상기 로우터 구동 부재에 장착된 적어도 하나의 RDM 요소와,
    상기 토크 합산 부재의 원주로부터 빠르게 장착된 팔, 및 상기 팔로부토 직각으로 뻗친 복수의 손가락들을 포함하는 상기 토크 합산 부재에 장착된 적어도 하나의 TSM 요소와,
    서로 엇갈리게 짜인 상기 RDM 요소의 손가락들과 상기 TSM 요소의 손가락들을 포함하는, 마이크로머신 자이로스코프.
  4. 제 3항에 있어서, 적어도 하나의 TSM 요소의 상기 손가락은 다중 크로스 배치(multiple cross arrangement)를 형성하여, 상기 팔을 가로질러 뻗치고, 상기 TSM 요소의 두 측들 상에 RDM 요소들의 쌍이 있고, 각각의 RDM 요소의 손가락들은 상기 TSM 요소의 상기 손가락들과 서로 엇갈리게 짜인, 마이크로머신 자이로스코프.
  5. 제 3항에 있어서, 적어도 하나의 RDM 요소의 상기 손가락은 다중 크로스 배치를 형성하여, 상기 팔을 가로질러 뻗치고, 상기 RDM 요소의 두 측들 상에 TSM 요소들의 쌍이 있고, 각각의 TSM 요소의 손가락들은 상기 RDM 요소의 상기 손가락들과 서로 엇갈리게 짜인, 마이크로머신 자이로스코프.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 중심 요소의 내부 원주와 상기 토크 합산 부재 사이에 접속되고, 상기 토크 합상 부재의 내부 원주에 동일하게 공간지어진 복수의 TSM 만곡부들이 있는, 마이크로머신 자이로스코프.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 TSM 만곡부들은 상기 토크 합산 부재의 내부 원주에 접속된 보다 두꺼운 부분에서 상기 중심 요소에 접속된 부자 얇은 부분으로 점점 작아지는 본체를 포함하는, 마이크로머신 자이로스코프.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 로우터 구동 부재 센서들은 상기 제 1 요소와 제 2 요소가 용량성 센서(capacitive sensor)를 형성하도록, 그들 사이에 갭(gap)을 갖는 상기 로우터 구동 부재의 외부 원주 상의 제 1 요소와 상기 웰의 내부 원주 상의 제 2 요소를 포함하는, 마이크로머신 자이로스코프.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 토크 합산 부재 센서들은,
    상기 토크 합산 부재의 내부 원주 상에 복수의 TSM 요소들로서, 각각의 요소가 상기 내부 원주로부터 안쪽으로 빠르게 연장하는 빔인, 상기 복수의 TSM 요소들과,
    상기 중심 요소 상에 복수의 기판 요소들로서, 각각의 요소가 상기 중심 엘리머트로부터 바깥쪽으로 빠르게 연장하는 빔인, 상기 복수의 기판 요소와,
    용량성 센서를 형성하기 위해, 그들 사이에 갭들을 갖는, 서로 엇갈리게 짜인 상기 기판 요소들과 상기 TDM 요소들을 포함하는, 마이크로머신 자이로스코프.
  10. 제 9항에 있어서, 사기 토크 합산 부재 센서의 상기 기판 엘이먼트들과 TDM 요소들은 요소들의 쌍들 사이에 보다 큰 갭을, 쌍의 요소들 사이에 보자 작은 갭을 가지며, 쌍으로 그룹지어지는, 마이크로머신 자이로스코프.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 로우터 구동 부재는 공진 주파수를 가지며, 상기 토크 합산 부재는 공진 주파수를 가지며, 상기 로우터 구동 부재의 상기 공진 주파수는 상기 토크 합산 부재의 공진 주파수와는 다르게 선택되는, 마이크로머신 자이로스코프.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 자이로스코프에 상기 기판 상의 복수의 결합 패드들을 접속시키기 위한 복수의 플렉스 리드들(flex leads)을 포함하는, 마이크로머신 자이로스코프.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 플렉스 리드들은 상기 플렉스 리드들의 표면 상에 형성된 도전성 트레이스들(conductive traces)을 더 포함하는, 마이크로머신 자이로스코프.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 플렉스 리드들 중 적어도 하나는 로우터 구동 부재 정전 레비테이션 액츄에이터에 접속하는, 마이크로머신 자이로스코프.
  15. 제 12항에 있어서, 상기 플렉스 리드들 중 적어도 하나는 로우터 구동 부재 센서에 접속하는, 마이크로머신 자이로스코프.
  16. 제 12항에 있어서, 상기 플렉스 리드들중 적어도 하나는 토크 합산 부재 정전 레비테이션 액츄에이터에 접속하는, 마이크로머신 자이로스코프.
  17. 제 1항에 있어서,
    a) 적어도 하나의 토크 합산 부재 센서 및 적어도 하나의 로우터 구동 부재 센서에 결합된 캐리어 신호 출력(carrier signal output)을 갖는 발진기와,
    b) 상기 발진기에 의해 구동된 상기 토크 합산 부재 센서에 결합된 입력, 및 출력을 갖는 TSM 감지 회로로서, 상기 TSM 회로는 상기 입력으로부터의 신호를 처리하고 상기 토크 합산 부재의 움직임에 비례하는 상기 출력에서 신호를 생성하는, 상기 TSM 감지 회로와,
    c) 상기 발진기에 의해 구동된 상기 토크 구동 부재 센서에 결합된 입력, 및 출력을 갖는 RDM 감지 회로로서, 상기 RDM 회로는 상기 입력으로부터의 신호를 처리하고 상기 로우터 구동 부재의 움직임에 비례하는 출력에서 신호에서 신호를 생성하는, 상기 TDM 감지 회로와,
    d) 상기 TSM 감지 회로의 출력에 결합된 제 1 입력과 상기 RDM 감지 회로의 출력에 결합된 제 2 입력과, 출력을 갖는 속도 결정 회로(rate determining circuit)로서, 상기 속도 결정 회로는 상기 제 1 입력으로부터의 신호와 상기 제 2 입력으로부터의 신호를 조합하고 상기 자이로스코프의 움직임의 속도를 나타내는 상기 출력에서 출력 신호를 제공하는, 상기 속도 결정 회로와,
    e) 상기 RDM의 출력에 결합된 입력과 적어도 하나의 로우터 구동 부재 정전 레비테이션 액츄에이터에 결합된 출력을 갖는 RDM 구동 회로로서, 상기 RDM 구동 회로는 상기 입력에서 신호로부터 피드백에 의해 변경된 출력에서 신호를 생성함으로써 상기 로우터 구동 부재의 공진을 유지하는, 상기 RDM 구동 회로를 포함하는상기 구동 회로를 포함하는, 마이크로머신 자이로스코프.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 TSM 감지 회로는,
    a) 상기 TSM 감지 회로의 입력 및 출력에 결합된 입력을 갖는 적분기와,
    b) 상기 적분기의 출력에 결합된 제 1 입력, 상기 캐리어 신호에 결합된 제 2 입력, 및 상기 제 1 및 제 2 입력들 상의 신호들의 적(product)인 신호를 제공하는 출력을 갖는 멀티플렉서와,
    c) 상기 멀티플렉서의 출력에 겹합된 입력 및 저주파 신호를 갖는 출력을 갖는 로-패스 필터(low-pass filter)를 포함하고,
    상기 로-패스 필터의 출력은 상기 TSM 감지 회로의 출력인, 마이크로머신 자이로스코프.
  19. 제 17항에 있어서, 상기 RDM 감지 회로는,
    a) 상기 RDM 감지 회로의 입력에 결합된 입력 및 출력을 갖는 적분기와,
    b) 상기 적분기의 출력에 결합된 제 1 입력, 상기 캐리어 신호에 결합된 제 2 입력, 및 상기 제 1 및 제 2 입력들 상의 신호들의 적인 신호를 제공하는 출력을 갖는 멀티플렉서와,
    c) 상기 멀티플렉서의 출력에 결합된 입력과 저주파 신호를 갖는 출력을 갖는 로-패스 필터를 포함하고, 상기 로-패스 필터의 출력은 상기 RDM 감지 회로의 출력인, 마이크로머신 자이로스코프.
  20. 제 17항에 있어서, 상기 속도 결정 회로는,
    a) 상기 RDM 감지 회로의 출력에 결합된 입력 및 상기 입력에 제공된 신호로부터 대략 90°위상 시프트되는 신호를 제공하는 출력을 갖는 위상 조정기(phase adjuster)와,
    b) 상기 TSM 감지 회로의 출력에 결합된 제 1 입력, 상기 위상 조정기의 출력에 결합된 제 2 입력, 및 상기 제 1 및 제 2 입력 상의 신호들의 적인 신호를 제공하는 출력을 갖는 멀티플렉서와,
    c) 상기 멀티플렉서의 출력에 결합된 입력 및 저주파 신호를 갖는 출력을 갖는 로-패스 필터를 포함하고,
    상기 로-패스 필터의 출력은 상기 속도 결정 회로의 출력인, 마이크로머신 자이로스코프.
  21. 제 17항에 있어서, 상기 RDM 구동 회로는,
    a) 상기 RDM 감지 회로의 출력에 결합된 입력과 출력을 갖는 90°위상 시프터와,
    b) 상기 90°위상 시프터의 출력에 결합된 입력과 출력을 갖는 전압 제한기(limiter)를 포함하고,
    상기 전압 제한기의 출력은 DC 전위를 갖는 합산 접합을 통해 상기 토크 구동 부재에 결합된, 마이크로머신 자이로스코프.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 RDM 구동 회로는 바이어스 입력을 더 포함하며, 상기 바이어스 입력에서 DC 바이어스 전압이 상기 로우터 구동 부재 정전 레비테이션 액츄에이터에 DC 바이어스 전압을 인가하여, 상기 로우터 구동 부재의 공진 주파수를 조정하는, 마이크로머신 자이로스코프.
  23. 제 17항에 있어서, 상기 발진기의 캐리어 신호 출력에 결합된 입력과 반전된 캐리어 신호인 출력을 갖는 반전기를 더 포함하고, 상기 발진기의 캐리어 신호가 적어도 하나의 토크 합산 부재 센서의 제 1 요소에 인가되고 상기 반전된 캐리어 신호가 상기 토크 합산 부재의 제 2 요소에 인가되거, 상기 발진기로부토의 캐리어 신호는 적어도 하나의 로우터 구동 부재 센서의 제 1 요소에 인가되고 상기 반전된 캐리어 신호는 상기 로우터 구동 부재 센서의 제 2 요소에 인가되고, 이러한 임의의 부등(inequality)이 있는, 마이크로머신 자이로스코프.
  24. 제 1항에 있어서, 상기 자이로스코프를 밀봉하는(encapsulating) 덮개(lid)를 더 포함하는, 마이크로머신 자이로스코프.
  25. 제 1항에 있어서, 상기 자이로스코프는 플라즈마 마이크로머싱(plasma micromaching)에 의해 제조되는, 마이크로머신 자이로스코프.
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